Waste heat recovery for greenhouses literature review/zh

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利用加密貨幣礦工餘熱種植番茄的溫室能源建模和技術經濟可行性分析

一、簡介

考慮到世界人口成長導致的能源消耗不斷增長的趨勢以及化石燃料消耗對環境造成的負面影響，工業和農業部門被迫減少溫室氣體（GHG）排放，同時提高其場地效率。在這方面，除了製造和製程工程領域的技術進步外，回收能源轉換過程中的廢熱是實現上述目標的一項有前途的策略（Jouhara等人，2018）^[1]。為了更形象化地說明這項策略的重要性，大量研究的結論表明，大約 20-50% 的工業能源投入以廢熱的形式損失了（Johnson 等，2008）^[2]。

餘熱回收 (WHR) 的可行性及其應用取決於幾個因素，其中最重要的包括（Johnson 等，2008）：^[2]

• 熱損失量
• 餘熱質量/溫度
• 化學和物理成分
• 最低允許溫度
• 操作限制、可用性等

廢熱的主要來源包括來自產品、設備和製程的任何類型的熱損失（輻射、傳導和對流）（Thekdi & Nimbalkar，2015）^[3]。餘熱是限制餘熱發電從空間加熱到發電等應用的第一個參數。此外，廢熱也依其性質分為高溫（≥400℃）、中溫（100-400℃）和低溫（≤100℃）範圍（Brückner等，2015）^[4] .此外，特別是在燃燒氣體的餘熱回收中，最低允許溫度對於工程師和熱交換器設計者至關重要，以考慮煙氣混合物中水蒸氣的冷凝溫度，從而防止熱交換器因腐蝕性物質而腐蝕_和失效。_​這些參數不僅顯示餘熱效率，還決定傳熱速率、熱交換器的表面積以及適當的使用材料。

廢熱能流的化學成分和相是餘熱回收過程中熱交換器的設計、材料選擇以及熱交換器建造和維護成本中最有效的參數之一。

考慮餘熱回收並設計合適的熱交換器的應用具有不同的特徵，限制了餘熱回收策略的可行性。餘熱源的可及性、餘熱流的可運輸性、應用規模、運行時間表（餘熱源的可用時間）、對儲能係統和額外管道系統等附加設備的要求，最後是可承受性和經濟性餘熱回收的可行性是工程師必須考慮的重要因素。

1.1.餘熱回收應用

餘熱回收通常適用於預熱和回熱過程（例如助燃空氣預熱、鍋爐給水預熱、玻璃窯爐間歇式預熱和生活熱水預熱）、機械和/或發電（例如廢物發電）通過蒸汽朗肯循環獲得燃氣渦輪機循環的熱量），參與化學過程（例如，用於沼氣生產的廢水預處理）和空間加熱和冷卻（例如，使用熱泵進行加熱/冷卻應用）（Johnson 等人，2015）。 2008）。^[2]

1.2.低溫餘熱回收挑戰

Haddad 等人表達了這一點。 （Haddad 等人，2014）^[5] 認為，回收低溫廢熱的機會很多，因為大多數工業、農業和家庭廢熱都在此範圍內。儘管如此，工程師在低溫餘熱比中也面臨比中高溫餘熱更多的挑戰：

首先也是最重要的，由於基本上所有類型的傳熱（傳導、對流和輻射）的速率與兩種物質或兩個位置之間的溫差直接相關，因此需要建造具有大傳熱表面的大型熱交換器地區回收低溫餘熱。

雖然不需要像高溫應用那樣提供昂貴的材料，但低溫流會使氣體混合物的成分冷凝，從而引起管道和熱交換器的腐蝕（Jouhara等人，2018）。^[1]

最後但並非最不重要的一點是，低溫廢熱只能用於有限的應用，例如生活用水和空間加熱/冷卻，這使得工程師很難找到合適的技術並為應用、溫度增強和冷卻提供適當的儀器。

1.3.餘熱回收農牧業應用

與城市和工業的餘熱利用相反，大多數農業生產需要低溫熱能（Yarosh 等，1972）^[6]。因此，靠近工業中心或可以獲得再生能源（太陽能、地熱、風能、生物質等）的農業和畜牧業領域可以被視為廢熱用戶。以餘熱回收為目的的各種工業/農業中心的結合稱為工業共生。農業和畜牧綜合體還可以透過利用植物內部任何組件（例如農業機械、固定式發動機、傳統加熱器、暖通風空氣等）的廢熱來滿足其自身的全部或部分能源需求。

儘管廢熱回收對農業和畜牧業工廠有好處，但一些障礙阻礙了這些工廠的能源供應。附近工業的廢熱有多少是可用的問題，尤其是大型溫室、家禽等，是設計師面臨的最具挑戰性的問題之一。此外，在某些情況下，工程師必須評估利用現有低溫廢熱源的實際情況（可行性、可近性、經濟效益）。在進一步的步驟中，科學家應該為所提供的 WHR 系統建立一個最佳化問題和/或一個控制平台（Yarosh 等，1972）。^[6]

家禽加工燙水的熱回收（Shupe & Whitehead，1979）^[7]

舒佩，WL 和懷特海德，WK (1979)。 「從家禽加工燙水中回收熱量」。農業工程研究雜誌，24(3), 325–330。https://doi.org/https://doi.org/10.1016/0021-8634(79)90074-X

WL Shupe 和 WK Whitehead 將一家家禽加工廠燙洗池出口水的廢熱轉移到冷的替代水中。它們可以在冬季將 102 kW 的熱能轉移到冷水（約 32%），在夏季將 54.6 kW 的熱能轉移到冷水中。

從好氧農場廢棄物潟湖中提取能量（Hughes，1984）^[8]

休斯，DF (1984)。 「從有氧農場廢棄物潟湖中提取能量」。農業工程研究雜誌，29(2), 133–139。https://doi.org/https://doi.org/10.1016/0021-8634(84)90067-2

DF Hughes 評估了使用水源熱泵從好氧農場廢物潟湖中回收熱量的實際能源和經濟方面。潟湖（作為熱源）的溫度夏季和冬季恆定在35℃，熱泵出口熱水溫度為55℃。整個過程研究了一年。

• 熱泵可為養豬場提供21.6千瓦的熱需求。
• 此熱回收系統的運作需要最少的農場勞動力和資源。
• 考慮到維護成本和燃料成本的增加，該系統的投資回收期為3-4年。

關於熱交換器對商業肉雞場肉雞性能、能源使用和計算二氧化碳排放量影響的現場研究，以及農民使用熱交換器的經驗（Bokkers 等，2010）^[9]

Bokkers, EAM、van Zanten, HHE 與 van den Brand, H. (2010)。 「關於熱交換器對商業肉雞場肉雞性能、能源使用和計算二氧化碳排放影響的實地研究，以及農民使用熱交換器的經驗」。家禽科學，89（12），2743–2750。https://doi.org/https://doi.org/10.3382/ps.2010-00902

從能量和環境角度研究了在農場使用熱交換器（HE）將通風氣流的熱能轉移到幾個肉雞舍的新鮮空氣入口流的影響。

• 根據養殖戶的說法，HE 的使用使溫度分佈和空氣流通更加均勻，從而提高了墊料品質和肉雞的均勻分佈。
• 除三個農場外，CO ₂排放率由於HE的使用而降低。

廢熱回收應用於曳引機引擎（Danel 等人，2015）^[10]

Danel, Q.、Périlhon, C.、Lacour, S.、Punov, P. 與 Danlos, A. (2015)。 「廢熱回收應用於曳引機引擎」。能源程序，74，331-343。https://doi.org/https://doi.org/10.1016/j.egypro.2015.07.622

丹尼爾等人。採用朗肯循環和三種不同的工作流體（水、乙醇、R245fa），實現了拖拉機引擎廢氣廢熱回收的熱力學和傳熱模型。廢氣溫度範圍為300至500℃。

• 結論是R245fa不適合該溫度範圍的WHR。
• 考慮到熱交換器表面積和引擎負載的影響，發現乙醇適合低負載運行，而水適合高負載運行。
• 總而言之，水在整個操作範圍內表現出更好的性能。

透過多主體方法重複利用農作物發電廠中浪費的熱能（González-Briones 等，2018）^[11]

González-Briones, A.、Chamoso, P.、Prieto, J.、Corchado, JM 與 Yoe, H. (2018)。 「透過多主體方法將發電廠廢棄的熱能重新用於農作物」。 2018 年智慧能源系統與技術國際會議 (SEST)，1-6。https://doi.org/10.1109/SEST.2018.8495867

在本文中，使用人工智慧技術對四個 300 m ²溫室在發電廠餘熱發電太陽能輔助 CHP（熱電聯產）系統影響下的溫度分佈進行了建模。

• MAS 提供了一種簡單的方法來了解每個溫室的需求（溫度、濕度、太陽輻射等），使用無線感測器網路從溫室和熱電聯產系統收集有用資料。
• 借助 MAS，可以方便地提供作物最佳生長所需的能量。
• 使用熱電聯產系統，他們可以將四個溫室的平均能耗率降低30.68%。

利用煙氣和熱水散熱器管網進行溫室供暖的 CFD 分析（Dhiman 等人，2019）^[12]

Dhiman, M.、Sethi, VP、Singh, B. 與 Sharma, A. (2019)。 「利用煙氣和熱水散熱器管網進行溫室供暖的CFD分析」。農業中的電腦和電子產品，163, 104853 。

燃燒器的餘熱被引入印度的一個100 m ²溫室，並根據實驗結果對此過程進行了建模和驗證。

• 對透過輻射和對流釋放的熱量進行了建模，並且沒有考慮入射太陽輻射的影響。
• CFD分析表明，利用收集350℃煙氣餘熱的煙氣熱沉管網（FGHSPN）和接收65℃熱水的熱水熱沉管網（HWHSPN）可提供13.38kW熱能溫室溫度比環境溫度高出10.35 °C。
• CFD 分析的實驗研究的 RMSE 為 1%，熱傳建模結果的 RMSE 為 1.5%。

用於蛋雞舍糞便帶乾燥通風的空對空熱交換器的特性（Goselink & Ramirez，2019）^[13]

Goselink，YSM 和 Ramirez，BC (2019)。 「用於禽舍蛋雞舍糞肥帶乾燥通風的空對空熱交換器的特性」。應用家禽研究雜誌，28（4），1359-1369。https://doi.org/https://doi.org/10.3382/japr/pfz075

採用空對空換熱器回收排出空氣的廢熱並將其傳遞給輸入的新鮮空氣，對蛋雞舍的溫度、相對濕度、氨和糞便乾物質含量進行了評估。這項調查已經進行了四個星期，並對第一種情況（有熱回收通風（HRV））和第二種情況（沒有HRV）的結果^進行了^比較。

• 使用 HRV 的室內整體平均溫度 (23.1 °C ± 0.5 °C) 比未使用 HRV 的室內平均溫度 (22.2 °C ± 1.2 °C) 更高。
• 與不使用 HRV 的日平均溫度範圍 (3.1 °C ± 1.1 °C) 相比，使用 HRV 的日平均溫度範圍較小 (1.8 °C ± 0.7 °C)。
• 在所有情況下，使用 HRV 的平均糞便乾物質均高於不使用 HRV 的情況。
• 在所有條件下，使用HRV 時的NH ₃排放量均低於不使用HRV 時的NH 3 排放量。

SOFC在偏遠農業企業供電的應用（Sosnina等，2020）^[14]

Sosnina, EN、Shalukho, A. V 與 Veselov, LE (2020)。 「SOFC在偏遠農業企業供電的應用」。 2020 年國際電工綜合體與系統會議 (ICOECS)，1-6。https://doi.org/10.1109/ICOECS50468.2020.9278478

這項工作旨在實施以農業廢棄物（農作物殘留物和畜牧業）產生的沼氣為燃料的固體氧化物燃料電池（SOFC），以便為中央電網提供多餘的電力，同時滿足牲畜的電力和供暖需求複雜的。該方案也進行了成本分析和最佳化。

• 已經研究了五個功率容量範圍為 100 至 500 kW 的 SOFC 系統。
• 所引入的 SOFC 均無法滿足畜牧業綜合體的所有供熱需求。然而，第五^台可以補償以前由燃煤鍋爐提供的一半以上的熱負荷。
• 名目 SOFC 容量下總成本的相關函數是非線性的。
• ^{透過採用第 1種}（容量最低）和^{第 5 種}（容量最高）SOFC 替代方案，可以實現總成本的最小值。

有機朗肯循環低溫濕空氣餘熱回收的參數分析（Yue et al., 2020）^[15]

岳 C.、童 L. 和張 S. (2020)。 「透過有機朗肯循環回收低溫濕空氣餘熱的參數分析」。傳熱與傳質，56(8), 2333–2343。https://doi.org/10.1007/s00231-020-02862-5

陳越等.對 ORC 在濕農產品乾燥空氣餘熱回收中的應用進行了熱力學和傳熱傳質建模。在這個方案中，底部有機朗肯循環吸收穿過乾燥室的濕空氣的低溫熱能，並產生電力。本文研究了不同參數變化的影響。

• 在較低的蒸發壓力下，節能效率和除濕率均達到最大值。
• 與最小傳熱溫差和乾燥室出口溫度相比，離開乾燥室的潮濕空氣的露點溫度是最有效的參數。
• 提高離開乾燥室的潮濕空氣的露點溫度是提高節能效率和除濕率的最有前途的方法。

考慮到先前的研究結果，很明顯科學家的研究已經取得了重大進展。早期的研究僅針對餘熱回收在農田和畜牧業應用的可行性分析。儘管他們對自己的建議進行了實驗研究，但無可爭議的是，缺乏基於實驗結果驗證的數學模型。然而，最近的研究推薦了新穎的 WHR 策略/系統，並實施最佳化、CFD 模擬和人工智慧平台。然而，迫切需要在本文獻綜述中採取進一步措施，並相應地提出餘熱發電農業用途的新想法（特別關注溫室應用），以解決上述低溫餘熱回收的挑戰。

1.4.溫室餘熱回收應用

一般來說，能源在滿足溫室需求方面起著至關重要的作用，能源成本在溫室設計和建造相關成本中位居第二^。還應該指出的是，溫室中約 85% 的能源消耗歸因於暖氣。因此，廢熱代表了溫室熱能供應的重要機會，特別是在寒冷地區（Denzer等人，nd）^[16]。

溫室建築的主要要求是一塊位於相對合適的市場、建築和建築材料、保溫材料、管道材料、公用設施（水和電）和供熱設備的土地。很明顯，溫室設計是一項複雜的工作，涉及經濟專家以及農業、機械、電氣、建築和電腦工程師。因此，為了設計和開發高效的溫室熱回收系統，必須由技術科學家和工程師進行全面的研究。

Helgeson 等人闡述了溫室餘熱利用的經濟效益。 （赫爾格森等人，1986）^[17]。他們透露，以1981年的價格計算，與傳統暖氣系統相比，工業廢熱水可節省29,670美元至95,800美元。

用於溫室供暖的油機驅動熱泵的熱性能（Kozai，1986）^[18]

Kozai，T.（1986）。 「用於溫室供暖的油機驅動熱泵的熱性能」。農業工程研究雜誌，35（1），25-37。https://doi.org/https://doi.org/10.1016/0021-8634(86)90027-2

溫室的供暖需求由熱泵（75%）以及引擎的冷卻水和廢氣（25%）間接提供。引擎的運轉速度為 1200-1800 rpm。

基於垃圾發電的溫室供暖：透過最佳化模型探索可行性條件（Chinese et al., 2005）^[19]

Chinese, D.、Meneghetti, A. 與 Nardin, G. (2005)。 「基於垃圾發電的溫室供暖：透過優化模型探索可行性條件」。再生能源，30(10)，1573–1586。https://doi.org/https://doi.org/10.1016/j.renene.2004.11.008

一座 6000 m ^{2 的}溫室採用義大利東北部垃圾發電 (WTE) 工廠的廢熱進行供暖。溫室的地暖系統也得到了優化。

• 從最佳化結果中擷取了地暖機組的設計與管理要素。
• 對於 WTE 發電廠 0.020 歐元/kWh 的熱價，在白天和夜間環境溫度分別為 25 °C 和 20 °C 的情況下扣除最大值 140000 歐元。
• 不用說，溫室規模的增加帶來了燃油消耗率的節省，導致與傳統溫室相比溫室氣體排放量的減少。

溫室廢熱交換的環境與經濟評估（Andrews & Pearce，2011）^[20]

安德魯斯，R. 和皮爾斯，JM (2011)。 「溫室廢熱交換的環境與經濟評估」。清潔生產雜誌，19（13），1446-1454。https://doi.org/https://doi.org/10.1016/j.jclepro.2011.04.016

作者評估了利用平板玻璃製造廠的餘熱來運作溫室的經濟可行性。並將該溫室的性能與傳統天然氣加熱溫室進行了比較。人們認為它們的基本成本是相等的。

• 一個佔地 3.9 英畝的溫室，年產 735 噸西紅柿，可由製造廠的餘熱供應。
• 在大多數情況下，餘熱溫室的淨現值（NPV）低於天然氣溫室。

發電廠的替代排熱方法（Leffler 等，2012）^[21]

Leffler, RA、Bradshaw, CR、Groll, EA 與 Garimella, SV (2012)。 「發電廠的替代排熱方法」。應用能源，92，17-25。https://doi.org/https://doi.org/10.1016/j.apenergy.2011.10.023

已提出五種餘熱替代方案（冷卻渠道、開放式藻類生物反應器、冬季溫室供暖、噴淋池和改良型太陽能上升氣流塔），並應用於美國中西部的燃煤發電產業

• 改造後的太陽能上升氣流塔、冷卻水渠、藻類生物反應池和溫室需要大量的土地面積。
• 改造後的太陽能上升氣流塔、藻類生物反應器和溫室可以提供有用的二次產品。
• 溫室供暖僅在冬季或極端北方氣候下才可行。
• 除冷卻渠外，其他四種方案的用水量均低於電廠冷卻水塔的基準容量。

用於商業溫室應用的燃料電池系統的能量分析 – 可行性研究（Vadiee 等人，2015）^[22]

Vadiee, A.、Yaghoubi, M.、Sardella, M. 與 Farjam, P. (2015)。 「商業溫室應用燃料電池系統的能量分析—可行性研究」。能源轉換與管理，89, 925–932。https://doi.org/https://doi.org/10.1016/j.enconman.2014.09.073

^{氫燃料質子交換膜燃料電池（PEMFC）經過熱力學設計和評估，計算出它能為瑞典一座 1000 m 2}商業溫室提供的電量和熱能，年供暖需求為 117 kWh/m ²。

• 3 kW PEMFC 可分別滿足溫室 10% 和 26% 的熱能和電力需求。
• 11.6 kW PEMFC 能夠分別滿足溫室 40% 和 100% 的熱能和電力需求。
• 建議使用 PCM 熱能儲存系統。

氣泡溫室：偏遠地區小規模海水淡化的整體永續方法（Schmack 等，2015）^[23]

施馬克，M.，何，G.，＆安達，M.（2015）。 「氣泡溫室：偏遠地區小規模海水淡化的整體永續方法」。海水淡化，365, 250–260。https://doi.org/https://doi.org/10.1016/j.desal.2015.03.021

氣泡溫室的概念已經被論證和討論，其中採用加濕除濕（HDH）海水淡化系統來供應水和熱能。在這個概念中，油流（由太陽能加熱）蒸發了偏遠地區的鹽水，從而使空氣流變得濕潤。另一方面，潮濕的空氣被冷油流冷卻（至 35°C），從而冷凝其蒸氣。然後溫暖潮濕的空氣被引導到溫室。

• 必須考慮再生風機的耗電量。建議使用並聯鼓風機（每個鼓風機對應一個氣泡模組）。
• 由於取消了溫室中的蒸汽噴射系統，避免了熱梯度，無需使用通風，從而顯著減少植物的蒸騰作用和水消耗。
• 為了補償不通風溫室中的CO ₂水平，需要備用溫室廢棄物焚化爐。在另一種情況下，其他工業部門的廢氣流可以提供CO ₂供應。
• 熱脫鹽系統將是比使用電力的膜製程更經濟的選擇。

利用餘熱加熱溫室場地的技術經濟模型（Başak & Sevilgen，2016）^[24]

Başak, MZ 與 Sevilgen, SH (2016)。 「利用餘熱加熱溫室的技術經濟模型」。阿拉伯科學與工程雜誌，41(5)，1895–1905。https://doi.org/10.1007/s13369-015-2009-y

從土耳其一家發電廠抽取的蒸汽已透過由預絕緣管道組成的配電線路轉移到溫室現場。已經為上述溫室開發了技術經濟模型。

• 溫室每年88%的成本歸因於其暖氣成本。
• 影響溫室成本的最關鍵參數是內部溫度，尤其是在夜間。

大型園藝設施能源供應系統中利用電廠餘熱的可行性評估（Yu & Nam，2016）^[25]

於 MG 和南 Y. (2016)。 「大型園藝設施能源供應系統中利用電廠餘熱的可行性評估」。能源，9(2)。https://doi.org/10.3390/en9020112

研究了在三個不同的大型園藝廠中利用電廠餘熱的可行性。

• 結論是，大約7.4-20%的發電廠廢能可以滿足這些地區的供熱的需求。
• 透過餘熱回收系統取代柴油鍋爐，每年可降低約83%的營運成本。
• 這些系統的投資回收期預計為 2-3 年。

利用工業餘熱低溫加熱農業溫室的能源與經濟可行性研究（Fguiri 等，2017）^[26]

Fguiri, A.、Fatnassi, H.、Jeday, M.-R. 與 Marvillet, C. (2017)。 「利用工業餘熱低溫加熱農業溫室的能源和經濟可行性研究」。 25（4）。

該計畫由 Fguiri 等人實施，旨在建立一個 1 公頃的番茄和黃瓜溫室，利用磷酸二銨生產工業裝置的廢熱進行加熱。

• 番茄溫室的淨現值 (NPV) 經計算為 1127327 美元，黃瓜溫室的淨現值 (NPV) 為 1293427 美元。
• 與基本方案相比，此方案可節省746 teqCO ₂（相當於1800桶原油的消耗量）。

希臘北部能源作物生產沼氣：與溫室熱回收相關的發電經濟學（Markou et al., 2017）^[27]

Markou, G.、Brulé, M.、Balafoutis, A.、Kornaros, M.、Georgakakis, D. 與 Papadakis, G. (2017)。 「希臘北部能源作物生產沼氣：與溫室熱回收相關的發電經濟」。清潔技術與環境政策，19(4), 1147–1167。https://doi.org/10.1007/s10098-016-1314-9

希臘種植用於厭氧消化 (AD) 的能源作物（黑小麥、玉米、苜蓿、向日葵、三葉草、大麥和小麥）的經濟可行性已被評估。熱電聯產概念也被考慮利用 AD 產生的沼氣，提供蔬菜（番茄）溫室的供暖需求，同時向電網出售電力。每個部分（栽培植物、AD 和溫室）都開發了詳細的經濟模擬。

• 據透露，玉米和小黑麥的甲烷產量高於其他作物。他們的能源生產成本也最低。
• 考慮到電力和蔬菜銷售收入，玉米的AD總收入為1,875,000歐元/年，其次是小黑麥，總收入為1,660,000歐元/年。這些收入中約 17-18% 來自溫室對系統的貢獻。
• 本提案需要大於500公頃的農業用地或大於1000m ^{2的沼氣AD工廠。}
• 熱電聯產系統年平均熱能回收率為40%。

希臘北部利用工業廢熱為溫室供暖的可能性（Vourdoubas，2018）^[28]

沃爾杜巴斯，J.（2018）。 “利用工業廢熱為溫室供暖的可能性”，請參閱 10(4), 116–123。https://doi.org/10.5539/jas.v10n4p116

為了實現工農業共生，對褐煤電廠餘熱利用的技術經濟可行性進行了研究。先前，褐煤發電廠排出的熱量被用於區域加熱。溫室熱水入口溫度約為50-55℃，透過放置在地面上的絕緣良好的塑膠管提供，加熱土壤和空氣。

• 暖氣水溫下降20℃，溫室暖氣負荷為每公頃1700千瓦時，暖氣水流量為每公頃73.18m 3 ^/ h。而對於區域供熱策略，這些指標的值分別為140 MWh 和2300 m ³ /h。
• 溫室中溫水的使用比區域供暖方法和傳統的化石燃料供暖系統更經濟。

GreenVMAS：基於虛擬組織的利用發電廠廢能加熱溫室的平台（González-Briones、Chamoso、Yoe 等人，2018 年）^[29]

González-Briones, A.、Chamoso, P.、Yoe, H. 與 Corchado, JM (2018)。 「GreenVMAS：基於虛擬組織的利用發電廠廢能加熱溫室的平台」。感測器，18(3)。https://doi.org/10.3390/s18030861

基於人工神經網路（ANN）的虛擬MAS已為六個300 m ^{2 的}類似溫室開發，以保持它們的性能平衡和最佳，同時享受核電站的廢熱。他們可以監測和控制內部溫度、農作物的狀態以及閥門的開啟和關閉。

• 作者的結論是，VMAS 對於節省能源和資金以及降低 CO ₂排放至關重要。
• 夏季、秋季、冬季能源消耗率分別下降23.79%、39.40%及41.46%。

零售業的淨零能源和能源共享潛力 - 溫室綜合體（Syed & Hachem，2019）^[30]

Syed, AM 與 Hachem, C. (2019)。 「零售-溫室綜合體的淨零能源設計和能源共享潛力」。建築工程雜誌，24, 100736 。

為了實現淨零能耗目標，在零售溫室綜合體的兩棟建築之間設計了餘熱交換系統，並考慮採用太陽能光電系統來提高系統的能源效率。

• 零售和溫室總能耗分別為730兆瓦時和120兆瓦時。在該綜合體消耗的總能源中，35% 用於供暖，32% 用於製冷。
• 優化後，能耗率（尤其是插頭和冷卻負載）顯著降低。因此，可以節省 27% 的能源。
• 春季和夏季多餘的發電量被出售給電網。然而，在秋末和冬季，他們不得不從電網購買電力。
• 冰箱冷凝器的約 130 MWh 廢熱被回收用於溫室的空間加熱和水加熱。

Sethi 和 Sharma (Sethi & Sharma, 2008) ^[31] 提出了一些有用的熱儲存技術，用於儲存和釋放溫室內的餘熱。熱能儲存系統包括水儲存（塑膠袋、地管和水箱）、岩床熱儲存和PCM儲存。

溫室中的冷熱電聯供系統。基層與改造設計（Tataraki 等人，2019）

Tataraki, KG、Kavvadias, KC 與 Maroulis, ZB (2019)。 「溫室中的冷熱電聯供系統。基層和改造設計」。能源，189, 116283 。

研究了部署 CHP 和 CCHP（冷熱電聯供）系統來滿足溫室熱需求的經濟優勢。結果已根據位於希臘北部的三個溫室的運作特徵進行了驗證。主要種植產品為番茄、黃瓜。

• 熱電聯產設計比傳統天然氣鍋爐更經濟。
• 各地的氣象條件對溫室的熱性能有顯著影響。
• 番茄和北部地區的節能率較高。
• 吸收式製冷機的主動冷卻系統是一種經濟的解決方案，儘管其投資風險和設計複雜性很高。

溫室中嵌入相變材料的廢熱回收系統的能源效率優化：熱經濟環境研究（S.-R. Yan 等人，2020）^[32]

Yan, S.-R.、Fazilati, MA、Samani, N.、Ghasemi, HR、Toghraie, D.、Nguyen, Q. 與 Karimipour, A. (2020)。 「溫室中嵌入相變材料的廢熱回收系統的能源效率優化：熱經濟環境研究」。儲能雜誌，30, 101445 。

從熱力學和經濟角度對廢熱回收系統（HRS）和嵌入式相變材料（PCM）整合到伊朗溫室中傳統化石燃料加熱器的效果進行了實驗研究。 HRS 是一個盒子，加熱器的廢氣透過它來加熱進入溫室的新鮮通風空氣。 PCM 也被嵌入到這個盒子中，以研究其存在的影響。

• 與傳統燃氣燃燒器相比，HRS和HRS+PCM加熱系統的能源效率分別提高了33%和140%。
• 與傳統瓦斯燃燒器相比，HRS和HRS+PCM加熱系統的火用效率分別提高了127%和263%。
• 考慮到HRS和HRS+PCM，溫室內部溫度分別增加了0.7°C和3°C。
• HRS和HRS+PCM整合系統的天然氣消耗率分別降低了19%和48%。
• 與 HRS 和 HRS+PCM 整合的系統的投資回收期預計分別為 3 個月和 4 個月。

使用相變材料增強溫室加熱系統的能源成本和效率分析：實驗研究（S. Yan 等，2021）^[33]

Yan, S.、Fazilati, MA、Toghraie, D.、Khalili, M. 與 Karimipour, A. (2021)。 「使用相變材料增強溫室供暖系統的能源成本和效率分析：實驗研究」。再生能源，170, 133–140。https://doi.org/https://doi.org/10.1016/j.renene.2021.01.081

Shurong Yan 等人在 2020 年發表的一篇與上一篇類似的文章中。比較了 HRS+PCM 餘熱回收系統提供的暖空氣應用中兩種不同策略的能源和經濟後果： 1) 用於溫室的直接空間加熱 2) 用於燃氣燃燒器入口空氣的預熱。他們發現第二種策略在能源效率方面有更好的效果。

資料中心加熱溫室，是增強亞北極地區糧食自給自足的問題（Ljungqvist 等，2021）^[34]

Ljungqvist, HM、Mattsson, L.、Risberg, M. 與 Vesterlund, M. (2021)。 「資料中心加熱溫室，是增強亞北極地區糧食自給自足的問題」。能源，215, 119169 。

^{模擬了兩個2000 m 2 和10000 m 2}溫室在兩種情景（無生長燈的部分年份生產和有生長燈的滿負荷生產）下的性能，旨在利用溫室的餘熱提高糧食自給自足率。瑞典北部的1 兆瓦資料中心。

• 這是瑞典北部糧食自給自足的一項具有成本效益的策略。
• 較大的溫室比較小的溫室是更好的選擇，因為它可以受益於更多的熱量回收並生產更便宜的西紅柿（小規模的部分和全年生產成本為2.02 和1.80 歐元/公斤，小規模為1.88 和1.49 歐元/公斤）適用於大型溫室）。
• 從永續發展的角度來看，小型溫室是更好的選擇，因為其供熱需求中只有 10.3% 和 2.1%（部分年度和全年情境）必須由額外的熱源提供。
• 全年生產成本價較低。

建築一體化溫室透過主動通風系統提高能源協同效益（Muñoz-Liesa 等人，2022）^[35]

Muñoz-Liesa, J.、Royapoor, M.、Cuerva, E.、Gassó-Domingo, S.、Gabarrell, X. 與 Josa, A. (2022)。 「建築一體化溫室透過主動通風系統提高能源協同效益」。建築與環境，208, 108585 。

在三種能源情境下研究了地中海氣候下屋頂溫室（iRTG）和辦公大樓 HVAC 系統氣流交換的協同影響：1）透過溫室回收建築物的廢氣能量。 2）溫室建築的多餘空氣利用。 3) 場景 1 和 2 的組合。

• 透過建設可滿足溫室每年143.3 kWh/m ²和夏季54.8 kWh/m ^{2的熱需求。}
• 在情境2中，溫室每年可為辦公室和實驗室提供205.2kWh/m ²和335.3kWh/m ²（分別為1.59和3.16ac/h的空氣交換率）的熱能。
• 在最大空氣交換率（3.16 ac/h）下，每年顯熱增益為658.8 kWh/m ²，其等效電量值為每年198.2 kWh/m ^{2 。}

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作者	尼瑪·阿斯加里
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語言	英語（en）
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已創建	2022 年5 月 5 日作者：Joshua M. Pearce
最後修改時間	2024 年1 月 3 日作者：Joshua M. Pearce
引用為	尼瑪‧阿斯加里(2022–2024)。“溫室餘熱回收文獻綜述”。附錄。檢索日期：2024 年 12 月 5 日。
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